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田中 啓介*; 鈴木 賢治*; 秋庭 義明*; 菖蒲 敬久
放射光による応力とひずみの評価, 238 Pages, 2009/10
本書では、第1章で結晶回折法による応力ひずみ測定の原理と、放射光の発生原理と利用できる放射光施設について述べた後、第2,3章で放射光による応力評価の基礎と実際測定のノウハウを説明する。次いで、第4,5章で放射光の各種の研究開発への応用例を述べ、さらに放射光による応力評価の将来技術、X線CTによる材料内部の欠陥評価や動的な材料特性評価など、応力評価以外の期待される将来の放射光技術の展開について述べる。発展する放射光による応力評価技術の基本,基礎をまとめるとともに実験のノウハウなどを述べており、実際に実験する場合の入門書として技術者・実験者に役立つことを願っている。また、将来に対する新しい展開及び産業利用への応用を述べることから、放射光の産業利用の一層の発展を引き起こすことも期待している。
松本 恵介*; 菖蒲 敬久; 秋庭 義明*; 八木 毅*; 山本 勝太*
材料, 57(7), p.654 - 659, 2008/07
The railway carbody structure for commuter and suburban services in Japan is often made of austenitic stainless steel, which is used in the form of the thin metal sheets by cold rolling. To observe the distribution, the strain scanning method by using high-energy synchrotron radiation was applied to the strain measurement of austenitic stainless steel. The transmission method was applied in order to observe internal weld zone. The specimen of lapped joint prepared by welding 2mm thick plates by laser weld method was used for measurement. The result by this measurement shows strain distribution in the weld zone successfully. In addition, the different tendency between the distribution of residual strain and that of strain under loading made be clear. The full width of half maximums, FWHM, of measurement shows a difference between the tendency of measured value of weld zone and that of base material.
松本 恵介*; 菖蒲 敬久; 秋庭 義明*; 八木 毅*; 山本 勝太*
Materials Science Forum, 571-572, p.321 - 326, 2008/00
The railway carbody structure for commuter and suburban services in Japan is often made of austenitic stainless steel, which is used as the thin metal sheets by cold rolling. To observe a strain distribution around weld zone, where is the critical area of the body structure strength, the strain scanning method by using high-energy synchrotron radiation was applied to the strain measurement of austenitic stainless steel. Two welded specimens at lapped splice were measured, one is 1.5 mm thick by spot welding joint, and another is 2.0 mm thick by laser welding joint. The sizes of gauge volume were a width of 2 or 3 mm and a height of 0.15 mm in this measurement. This measurement provides the strain distribution, which includes both residual strain and strain under loading. The result by this measurement shows strain distribution in the weld zone successfully. In addition, the different tendency to the distribution from residual strain and strain under loading made be clear.
菖蒲 敬久; 水木 純一郎; 鈴木 賢治*; 秋庭 義明*; 田中 啓介*
JSME International Journal, Series A, 49(3), p.376 - 381, 2006/07
材料に対する透過性が非常によい、高エネルギー放射光X線を用いたひずみスキャニング法に、従来まで使用されていなかったアナライザを組合せた測定手法の評価を行った。その結果、供試材として使用したフェライト鋼S45C について、表面0.05mmから0.6mm程度の深さまで10
m程度の深さ分解能で補正する必要のないひずみ分布を得ることに成功した。一方、表面近傍についても補正を施すことで信頼性の高いひずみ分布を得る方法を確立し、面内等二軸応力が仮定できる材料であれば、ラボX線で得られた表面残留応力を用いることで、表面から内部までの残留応力分布を求める手法も同時に確立した。
菖蒲 敬久; 水木 純一郎; 鈴木 賢治*; 鈴木 裕士; 秋庭 義明; 田中 啓介*
材料, 55(7), p.647 - 653, 2006/07
ひずみスキャニング法をオーステナイト系ステンレス鋼のような粗大粒や集合組織を持つ材料に適応できるように手法開発を行った。質の良いデータを得るための条件,X線照射体積内に10000個以上の結晶、を満たすために試料にさまざまな揺動を施した。その結果、回転揺動では十分な結果を得ることはできなかったが、並進揺動を与えることで前述の条件を満たし、質の良いデータを得ることに成功した。
鈴木 賢治*; 川村 昌志*; 菖蒲 敬久; 田中 啓介*; 秋庭 義明*
材料, 55(7), p.634 - 640, 2006/07
プラズマ溶射された遮熱コーティング(TBC)の残留応力及び機械的挙動は、高温機器の性能にかかわる重要な問題である。本研究では、曲面上にプラズマ溶射されたTBCを高温酸化処理しその際に発生するき裂形態を検討した。その結果、局率半径が小さくなるに従い測定された半径応力は大きくなることを見いだした。また半径応力の最大値とはく離き裂密度との比較から、はく離き裂の発生は局率半径の減少により促進される結果を得た。
SCC device for synchrotron radiation diffraction experiments and application using an austenitic stainless steel山本 厚之*; 中東 重雄*; 寺澤 倫孝*; 三田村 徹*; 秋庭 義明*; 山田 孝幸*; Liu, L.*; 菖蒲 敬久; 椿野 晴繁*
Journal of Synchrotron Radiation, 13(1), p.14 - 18, 2006/01
被引用回数：5 パーセンタイル：29.76(Instruments & Instrumentation)原子炉内シュラウドや再循環系配管で発生する応力腐食割れの機構解明を行うために、沸騰水中型原子炉と同じ環境である高温高圧水中下におけるオーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lを用いた応力その場観察測定のための技術開発を行った。独自に開発したオートクレーブ内に鍵状に作成した試験片を固定し、沸騰水を流すことで高温高圧環境を模擬させた。このオートクレーブには10mm厚のサファイア窓があり、ここから高エネルギー放射光X線を入射、及び出射できる。このようにして、試料に内在する応力をsin
法で観測することに成功した
菖蒲 敬久; 水木 純一郎; 鈴木 賢治*; 秋庭 義明*; 田中 啓介*
材料, 55(1), p.101 - 108, 2006/01
ゲージ体積が材料表面にもぐったときに回折角がシフトする。このときには表面効果の補正が必要である。われわれは、アニールされたS45C材料を用いて、この回折角のシフトについてGe(111)アナライザを用いたひずみスキャニング法により調査した。その結果、この現象は幾何学的なゲージ体積と装置ゲージ体積の中心が異なるために発生することを明らかにした。また前述の違いの発生要因については、(1)アナライザの発散によるゲージ体積の変化,(2)X線の侵入深さ,(3)アナライザと受光スリットの中心のずれ、という3つにより説明できる。以上の結果、本論文ではこれらの要因を考慮した補正法を提案する。さらにこの補正法を用いて、ショットピーニングを施したS45C材に関しても測定を行った。その結果、残留応力分布は、表面を徐々に取り除いて測定されたものと一致した結果を得ることができた。
菖蒲 敬久; 小西 啓之; 水木 純一郎; 鈴木 賢治*; 鈴木 裕士; 秋庭 義明*; 田中 啓介*
Materials Science Forum, 524-525, p.691 - 696, 2006/00
粗大粒や集合組織を持つSUS304Lオーステナイト系ステンレス鋼の表面にショットピーニングを施した材料の表面下の残留応力分布を評価するためにひずみスキャニング法を適応した。SPring-8内BL22XUにおいて測定を行った。エネルギーは70.14keV,ビームサイズは2
0.2mm,受光側にGe(111)アナライザを用いた。試験片にはSUS304Lの焼鈍材とショットピーニング材で20205mm
の角材を使用し、その粒サイズは37mだった。十分な数の結晶粒からの回折を得るために、試料に対して並進,回転,あおりなどの揺動を加えた。その結果、並進揺動を行うことで正確な応力分布が得られることがわかった。本揺動と表面効果の補正を加えることで、ショットピーニングを施したオーステナイト系ステンレス鋼の表面から内部の残留応力分布を決定することに成功した。
Harjo, S.; 盛合 敦; 鳥居 周輝; 鈴木 裕士; 鈴谷 賢太郎; 森井 幸生; 新井 正敏; 友田 陽*; 秋田 貢一*; 秋庭 義明*
Materials Science Forum, 524-525, p.199 - 204, 2006/00
J-PARCにおいて工業部品内での応力や結晶構造の評価を含めた材料工学におけるさまざまな課題を解決するために工学利用の中性子回折装置(新材料解析装置)を設計・建設する。本装置は、許容の波長範囲では対称性の良い回折プロファイルを作ることができる遅い中性子を発生させるポイゾン型の非結合型液体H
減速材を見て、減速材-試料及び試料-検出器のフライトパスはそれぞれ40m及び2.0mである。中性子強度のロス及び速中性子や
線を低下させるためにカーブスパーミラーガイド管を導入する。モンテカルロシミュレーションを用いて本装置の最適化を行い、試料のゲージ幅が5.0mm以下では分解能
d/dが0.2%以下である。1.0mmゲージ幅用のラジアルコリメータの試作機を作製し、中性子を用いた実験から正規分布の半値幅が1.0mmでありシミュレーションした結果と一致した。
秋庭 義明*; 田中 啓介*; 皆川 宣明; 森井 幸生
Materials Science Research International, Special Technical Publication, 1, p.427 - 430, 2001/05
アルミナを基材として、酸化ジルコニウムを分級物として製作したAl
O
/ZrO及び炭化シリコンを分級物としたAlO/SiCは、セラミックス複合材として知られている。これらは製作過程で熱応力が残留する。各材料関の応力を中性子回折により測定した。各相関応力は、Zr(202),AlO(113),AlO(116),SiC(220),及びSiC(311)の中性子回折測定結果から確定した。その結果、AlO/ZrOの複合材での残留応力は、アルミナ相で圧縮、酸化ジルコニウム相で引張であることがわかった。一方、AlO/SiCでは、アルミナ相での残留応力は引張りでありSiC分級物の容積により増大することがわかった。これは、Eshelbyの含有モデル理論による予測と一致した。
皆川 宣明; 盛合 敦; 斎藤 徹; 田中 啓介*; 秋庭 義明*; 林 眞琴*; 大城戸 忍*
日本材料学会第36回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.263 - 265, 2000/09
中性子回折法により、VAMAS TWA-20で作成したインコロイIN718材両表面にショットピーニング加工を施したRound Robin試料の測定を行い、50~100mの表面深さに残留する応力を測定した。VAMASは国際標準化のためのプロジェクトであり、測定方法、手順等を決めるための一環として各国研究機関で同一試料を持廻りで測定を行っている。その測定手法等を含み、本文中で紹介している。
秋庭 義明*; 田中 啓介*; 皆川 宣明; 森井 幸生
Proceedings of 6th International Conference on Residual Stressess (ICRS-6), Vol.1, p.25 - 32, 2000/07
近年セラミックスの複合化によって、じん性を向上させる試みが行われている。複合材は、異種材料の組み合わせによって構成されるため、製造過程において熱膨張係数の差による熱残留応力の発生を避けられない。中性子回折法は非破壊で内部応力を測定できることから、材料の健全性評価のみならず、新素材開発に際しても重要な測定法である。母材のアルミナにジルコニアを複合したアルミナ・ジルコニア複合セラミックス及び母材のアルミナに炭化ケイ素を複合したアルミナ炭化ケイ素複合セラミックスについて測定を行い、特に体積割合が7%のアルミナ炭化ケイ素セラミックスでは-1400MPaの極めて高い圧縮応力が生じ、実験値は予測値に一致し良好な結果が得られた。
秋庭 義明*; 田中 啓介*; 竹園 拓也*; 林 眞琴*; 森井 幸生; 皆川 宣明
材料, 47(7), p.755 - 761, 1998/07
炭化ケイ素粒子で強化したアルミニウム合金は、新材料として期待されている。複合材料の製造工程において、SiC強化粒子と母材アルミニウム合金の熱膨張係数の差による残留応力の導入はさけることが出来ない。そのため、複合材料中の粒子および母材各相の応力を非破壊で測定し、応力と材料強度の関係を解明することを試みた。非破壊による残留応力測定はJRR-3ガイド棟に設置した中性子回折装置を用いて行った。その結果SiC相の負荷応力に対する相応力の変化率は、予測値に非常に近い値を得ることが出来た。今後有益な測定手段であることが分かった。
鈴木 裕士; 秋庭 義明; 盛合 敦; 森井 幸生
no journal, ,
我が国では、日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3に応力測定専用装置RESA(REsidual Stress Analysis)が設置されており、2003年度からは成果占有の有償利用(共同利用)への開放に伴い、産業界の利用も拡大している。平成16年度のRESAの利用状況であるが、年間の約30%のビームタイムが有償利用として利用されており、平成17年度は40%に迫る勢いである。おもに、原子炉溶接配管や鉄道レール,自動車部品などの大型構造物に対する残留応力測定が行われており、高性能、高信頼性、長寿命化を目指した製品開発に大きく貢献している。本発表では、これらの国内における中性子応力測定の産業利用の現状について、その概要を紹介する。
菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 秋庭 義明*; 田中 啓介*
no journal, ,
これまでに反射型ひずみスキャニング法を用いた応力測定技術開発を行い、さまざまな材料に対して表面から数百mの深さのひずみ/応力分布測定が可能となった。本研究では表面から数mmまでの内部の応力分布を測定するために透過型ひずみスキャニング法について検討した。この結果、10mm程度の鉄鋼材についてもひずみ測定が可能であることを明らかにし、測定されたデータに対する補正方法についても明らかにした。
鈴木 裕士; 宮崎 岳郷*; 川村 秀紀*; 秋庭 義明
no journal, ,
中性子及びX線回折法により、ユニバーサルジョイント用クロスピンの浸炭焼入層の残留応力分布を測定した。平面応力状態を仮定した応力評価法,X線応力測定結果から求まる格子定数分布を用いた三軸応力評価法、さらに、炭素量から推定できる格子定数分布を用いた三軸応力評価法を試みた。それぞれの結果はよく似た傾向を示したが、X線応力測定結果及び炭素量から格子定数を求めた三軸応力評価の場合は、クロスピンの半径方向に圧縮残留応力の存在が認められた。本結果は過去の報告例ともよく似た傾向であり、浸炭層には試料面法線方向に圧縮残留応力が発生している可能性のあることを示した。
鈴木 裕士; 皆川 宣明*; 秋庭 義明
no journal, ,
高周波焼入れされた大型ジョイントピン及び浸炭焼入れされたユニバーサルジョイントピンの表面層に発生した残留応力分布を中性子回折法により測定した。高周波焼入れ部品では、焼入れ層直下(表面から4mm深さ)においてジョイントピンの半径方向及び軸方向に強い引張残留応力が存在していることを明らかにした。一方、浸炭焼入れ部品では、浸炭層には強い圧縮残留応力が発生しているが、それと釣り合うような引張残留応力は局所的には存在していないことを確認した。
Harjo, S.; 盛合 敦; 白木原 香織; 鈴谷 賢太郎; 鈴木 裕士; 高田 慎一; 森井 幸生; 新井 正敏; 友田 陽*; 秋田 貢一*; et al.
no journal, ,
J-PARCのMLFにおいて、材料科学や工学に関する、応力・ひずみ及び結晶学的な構造などを含めたさまざまな問題を解決するために、原子力機構が主体となって工学応用回折装置である新材料解析装置の建設・整備を進めている。本装置はデカップル・ポイゾンHモデレータをのぞみ、適用波長範囲では良い対称性と狭い幅の回折プロファイルを実現する中性子を利用する。本装置のL1及びL2はそれぞれ40m及び2.0mで、主検出器を90deg散乱角に設置する。長いフライトパスによるビーム損失と速中性子や線からのバックグラウンドを低減させるために、湾曲中性子ガイド管を上流部に取り入れ、下流部に上下エリプティカル・テパードの直導管を取り入れる。本装置の最適化はモンテカルロシミュレーションMcStasを用いて行い、5.0mm以下のゲージ幅の試料に対して、0.2%以下の分解能を確保できる。本装置は応力・ひずみ測定だけでなく、微小領域の粉末回折実験や製造プロセスでの回折実験にも適用することが十分に可能である。本装置の測定効率はRESAに比べて1-2桁程度と予想され、SNS-VULCANと十分競争することができる。
鈴木 裕士; 町屋 修太郎; 秋庭 義明; 笠原 直人; 木曽原 直之
no journal, ,
FBR用のナトリウム加熱型蒸気発生器(直管2重管蒸気発生器)の2重伝熱管、及び管-管板継手部位において生じる応力(面圧及び拡管力)を、中性子回折という非破壊計測手法により計測した。この結果、今まで知られていなかった2重管内部の応力分布や、管板内部の拡管影響層の大きさが明らかになった。これらの結果を用いることで、同蒸気発生器のプラント寿命中における2重管や継ぎ手の構造健全性を、精度よく評価ができる可能性のあることがわかった。
